ОКИСЛЕНИЕ СО НА МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ОКСИДНЫХ КАТАЛИЗАТОРАХ 

Яцимирский В.К., Ищенко Е.В., Гайдай С.В., Филиппова Л.В.,Хоменко Н.Н.

Киевский национальный университет им. Т. Шевченко

Реакция окисления СО играет важную роль в экологическом катализе и в теории катализа. Оксидные катализаторы хорошо известны как катализаторы этой реакции. Целью данной работы было систематическое исследование каталитической активности и состояния поверхности двойных Fe-Co, Co-Cu, Fe-Cu и тройной Fe-Co-Cu оксидных систем.

Образцы готовились растворением соответствующих металлов в азотной кислоте с последующим выпариванием и высушиванием. Каталитическая активность измерялась на установке проточного типа. Мерой активности была температура 100%-ного превращения СО в СО₂.(t¹⁰⁰). Состояние поверхности катализаторов изучался методом программированной термодесорбции (ТД) с использованием масс-спектрометра как детектора десорбирующихся частиц.

Рентгенофазовый анализ показал, что оксид железа – это Fe₂О₃, оксид кобальта – это Co₃О₄ и оксид меди – это Cu₂О и CuО. Все остальные системы состоят из этих оксидов и соответствующих шпинелей.

Добавка кобальта в систему  Fe-Co повышает каталитическую активность образцов. Образец 85% Fe, 15% Co имеет самую высокую активность в этой системе (t¹⁰⁰=116⁰С). В системе Co-Cu максимальную активность показал образец 95%Co, 5%Cu (t¹⁰⁰=128⁰С). Изучение каталитической активности этих двух систем показало наличие гистерезисов на зависимости  t¹⁰⁰ = f (t_exp). Для  Fe-Cu оксидных  катализаторов гистерезисы наблюдались только для индивидуальных оксидов и катализаторов с большим содержанием железа. Образец  15%Fe, 85%Cu  показал самую высокую активность в этой системе (t¹⁰⁰=130⁰С) . Гистерезисы также не наблюдались для трехкомпонентной системы. Образец  5,00%Fe, 4,75%Co и 90,25%Cu  показал самую высокую активность (t¹⁰⁰=100⁰С) среди всех изученных образцов.

Адсорбция в атмосфере СО проводилась при 100⁰С после каталитического эксперимента, ТД спектры показали, что Н₂О и СО₂ десорбируется с поверхности катализаторов. Вода адсорбируется на поверхности оксидных катализаторов в двух формах: с температурами максимумов ТД спектров ( T_max)< 300⁰С  и  T_max  > 300⁰С. Появление гистерезиса на зависимости  t¹⁰⁰ = f (t_exp)  наблюдается только тогда, когда в ТД спектрах присутствует вода с  T_max< 300⁰С. 

ТД спектры показали, что в процессе адсорбции СО на поверхности оксидных катализаторов СО превращается в СО₂, который фиксируется во время десорбции масс-спектрометром. Можно предположить, что a₁- форма отвечает физически адсорбированной форме СО₂ ( T_max < 100⁰С); a₂- форма - это СО, связанный с одним атомом кислорода оксида  ( T_max = 100 - 140⁰С); a₃- форма – это СО, связанный с двумя атомами кислорода оксида, поэтому для десорбции с поверхности СО₂ необходимо больше энергии (T_max = 140 - 300⁰С); a₄- форма – это СО, связанный с тремя атомами кислорода ( T_max >500⁰С).  a₂- форма присутствует только на поверхности тех образцов, которые имеют температуру 100%-ной степени превращения СО вСО₂ ниже, чем 140⁰С. По-видимому, образование a₂-формы СО₂ благоприятно для процесса окисления СО вСО₂.